線圈法磁粉探傷在汽車曲軸上的應用
發布時間：2017-09-01
目前汽車配件企業對曲軸表面缺陷檢測大部分采用磁軛法或支桿法進行干法磁粉探傷。該法不僅粉塵較大、工作環境差、工作效率低,而且檢測靈敏度不高,不能完全保證缺陷不被漏檢。隨著無損檢測技術的不斷發展、檢測設備的不斷更新,本文對曲軸磁粉探傷中傳統的曲軸不動,磁場變化的方法進行了改進,采用曲軸旋轉磁化、旋轉噴液、退磁三者一次性完成的熒光濕法檢測,不僅提高了檢測靈敏度,而且也省去了單獨給曲軸退磁這道工序,提高了生產效率。
1檢測原理與操作方法
1.1檢測原理
磁化線圈的形狀如圖1所示,它由1300匝扁平通銅導線繞制而成,線圈匝間絕緣且整體浸泡環氧樹脂,以保證對地絕緣和增加線圈強度。其理論計算如下:
H= KπNI/L(cosβ1- cosβ2) (1)
式中H―心面上一點P的磁場強度(A/M)
I―電流(A)
β1、β2―線圈中心面上任意點到線圈兩斷面的夾角
N―線圈匝數
L―線圈長度(m)
K―比例常數
該點的磁感應強度為:B=μ×H(μ為空氣中的磁導率)。
如果在線圈中充滿鐵磁物質,那么該點的磁感應強度要比沒有充滿鐵磁性物質大102～106倍以上,因為鐵磁性物質的磁導率是空氣磁導率的102～106倍以上。因此把旋轉的曲軸放在靜止的通電線圈中,對曲軸進行磁化,相當于曲軸不動,給曲軸施加了一個旋轉磁場,對曲軸進行磁粉探傷,以發現曲軸表面及近表面的缺陷。
1.2操作方法
當在磁探工位有曲軸時,操作人員將線圈下降套住曲軸2/5處時停止,然后通電、噴磁懸液,直到整個曲軸全部被磁懸液覆蓋為止,然后帶電升起線圈,操作人員用波長為365 nm的紫外線燈進行檢查。
2結果分析
影響發現曲軸表面及近表面缺陷的因素有兩個:
(1)磁化裝置的磁化能力及磁懸液性能的因素;
(2)缺陷本身的因素。
2.1磁化系統對曲軸表面及近表面缺陷檢出的影響
從公式(1)可見,影響缺陷檢出的因素有電流I、線圈匝數N,線圈的長度L以及(cosβ1- cosβ2)的大小。電流I增大,匝數N增多,線圈長度L減小,那么磁場強度H增大,磁感應強度也增大。因為線圈長度L不大,所以(cosβ1- cosβ2)對磁場強度H的均勻度影響不大。
事實表明,線圈匝數在130匝、負載勵磁電流大于40安培,可以保證檢出曲軸上任一部位的表面裂紋。如果用15/50A型試片試驗曲軸任一部位,試片均顯示清晰。磁懸液的配制應根據磁粉廠家的推薦為主,一般情況下,用梨形瓶測量,磁懸液的濃度為0.1～0.5。
2.2缺陷本身對漏磁場的影響
在鐵磁物質內,缺陷的磁導率和鐵磁物質本身的磁導率不同,導致磁力線在缺陷處逸出或進入試件表面形成漏磁場,在缺陷處形成的漏磁場吸附磁粉并形成磁痕,使操作者很直觀地發現缺陷,因此缺陷的漏磁場直接影響缺陷的檢出率,同樣,缺陷的幾何形狀、自身大小和方向等都對缺陷的漏磁場有直接影響。
2.2.1鐵磁材料被磁化狀態對漏磁場的影響
磁感應強度B=μr×H,即鐵磁材料的磁導率μr和外加的磁場強度H之積直接影響磁感應強度B;根據以前的檢測結果,缺陷的漏磁感應強度的法向分量值隨磁化強度的增加而增加,但當磁化強度達到一定數值后,其增加趨于平緩。即鐵磁材料已進入磁飽和狀態時無須無限增大電流和電壓,根據實際情況,電壓為380 V完全可以滿足要求。
2.2.2缺陷大小對漏磁場的影響
缺陷的大小指缺陷的深度、長度和寬度,一般對缺陷漏磁有影響的是缺陷本身的深度和寬度,同樣寬度的表面缺陷,如果深度不同,產生的漏磁場也不同,在一定范圍內,漏磁場的增加與缺陷深度的增加幾乎呈線性關系,當深度增加到一定值后漏磁場的增加變得緩慢。當缺陷的寬度很小時,漏磁場隨著寬度的增加而增加,當缺陷的寬度很大時漏磁場反而下降,例如表面劃痕就是這種情況。缺陷的深度和寬度之比稱為缺陷的深寬比,深寬比越大,漏磁場越大,缺陷越容易被發現;反之缺陷不易被發現。
2.2.3缺陷方向對漏磁場的影響
缺陷的方向分為兩種,一種是缺陷在工件表面的方向與漏磁場方向之間的夾角,另一種是缺陷的深度方向與工件表面的夾角,即缺陷的傾角。缺陷垂直于磁場方向時,所形成的漏磁場最大,有利于缺陷的檢出;若與磁場平行則幾乎不產生漏磁場。
缺陷與工件表面的夾角(缺陷的傾角)由垂直逐漸傾斜成某一角度,直到變為平行,漏磁場也由最大下降為零,因曲軸在加磁線圈中是旋轉的,相當于給靜止曲軸加一個旋轉磁場,因此,曲軸上任一處的任一方向的裂紋均可被發現。
2.2.4缺陷埋藏深度對漏磁場的影響
在工件的表層內存在缺陷時,則在工件表面上有漏磁場,漏磁場的分布以缺陷靠近工件表面的位置為中心呈近似半圓形狀。缺陷埋藏的越深,這個圓心離表面越遠,在工件表面形成的漏磁場強度也越小,同樣的缺陷位于工件表面時,漏磁場最大,位于工件內部,隨埋藏深度的增加,漏磁場逐步減少,當埋藏深度足夠大時,漏磁場將趨近于零。
2.2.5工件表面清潔度對漏磁場的影響
如果工件表面不干凈,有覆蓋層,那么工件表面的覆蓋層會影響漏磁場,導致漏磁場的減小;同時也影響缺陷磁痕的顯示,因此,曲軸在磁粉探傷時,其表面必須保持干凈無污。
2.2.6工件材料及狀態對漏磁場的影響
工件材質的晶粒越大,磁導率越大,矯頑力越小,漏磁場就越小;相反,工件材質晶粒越小,磁導率越小,矯頑力越大,漏磁場就越大。對碳鋼而言,隨著含碳量的增加,矯頑力也增加,但磁導率隨著含碳量的增加反而下降,漏磁場增大。
鋼材的熱處理對漏磁場的影響較大,正火和退火狀態的鋼材,其磁性差別不大,漏磁場也差別不大;而退火和淬火狀態的磁性差別較大,淬火可以提高鋼材的矯頑力和剩磁使漏磁場增大;淬火后隨著回火溫度的升高,矯頑力降低,漏磁場減小。
3結束語
3.1采用交流加磁,在完全滿足技術條件的前提下,不但節省了整流設備,而且操作簡單,容易實現,并且使被磁化的曲軸容易退磁。
3.2在實際的生產應用中,利用該法對曲軸進行磁粉探傷,不僅設備結構簡單,方便操作,而且節省了專門退磁這道工序,提高了工作效率,易于實現自動化。
3.3發現裂紋的能力不僅與設備能力有關,而且與裂紋的幾何形狀、自身大小和方向有關。
摘自：中國計量測控網
